(57)【要約】【課題】パワー素子のように発熱の大きな半導体装置等を搭載するのに好適で、従来技術より放熱性に優れ、配線層を平坦に形成するのが容易で半田接続部の信頼性が向上する回路基板を提供する。【解決手段】回路基板１０は、基板１１上に配線層１２が絶縁層１３を介して設けられている。基板１１は、絶縁性樹脂で形成されるとともに冷却媒体通路１４を備えており、冷却媒体通路１４の一部を構成するようにアルミニウム系金属製の冷却部１６が埋設されている。冷却部１６は、流路１４ｃと平行に延びる複数の冷却媒体流路１６ａを備え、配線層１２と対応する箇所に平坦部１６ｂが形成されている。基板１１を構成する絶縁性樹脂には、熱膨張係数が冷却部１６の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。配線層１２は、各冷却部１６の平坦部１６ｂ上において複数箇所に設けられている。【選択図】      図１
2007073904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体流路を備えた金属製の冷却部が樹脂で埋設された基板を備え、該基板上に、シリコン半導体チップを搭載可能な配線層が絶縁層を介して設けられている回路基板であって、
前記冷却部は少なくとも前記配線層と対応する箇所に平坦部が形成され、前記樹脂には熱膨張係数が前記冷却部の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている回路基板。
【請求項２】
前記冷却部が埋設された樹脂と前記絶縁層は同じ絶縁性樹脂で構成されている請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記配線層は、共通の前記平坦部上において複数箇所に設けられている請求項１又は請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記冷却媒体流路は、前記複数箇所に設けられた配線層の配列方向に沿って延びるように設けられている請求項３に記載の回路基板。
【請求項５】
前記冷却部はアルミニウム系金属製である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回路基板。
【請求項６】
前記配線層は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回路基板。
【請求項７】
前記配線層は、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）以上である請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば半導体装置や電子部品が搭載される回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に搭載（実装）された半導体装置や電子部品等から発生する熱を放散させるため、一般にヒートシンクが用いられる。ヒートシンクを金属製とした場合は、金属と半導体装置等との熱膨張係数の差が大きく、冷熱サイクル寿命が短くなる。
【０００３】
また、放熱性に優れ、かつスルーホール形成が可能である印刷配線用基板（プリント配線板）として、熱硬化性樹脂硬化物からなる絶縁層の両面に回路形成用の導体を有する印刷配線用基板において、該絶縁層に熱媒体を通す冷却装置を埋設したものが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の印刷配線用基板は、図１０（ａ）に示すように、絶縁層５１に冷却装置５２が埋設されており、絶縁層５１の両面に回路形成用の導体（配線層）５３が設けられている。冷却装置５２は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、管を折曲げて形成されている。そして、スルーホールが冷却装置５２における熱冷媒の流路５４の間に存在する絶縁樹脂の部分に形成されるようになっている。絶縁層５１を構成する熱硬化性樹脂硬化物は、種々の充填材を配合することにより熱伝導率を向上させたり熱膨張係数を冷却装置５２に整合させたりすることができる。
【特許文献１】特開平５−２９９７８８号公報（明細書の段落［０００５］〜［０００８］、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、印刷配線用基板が熱媒体を通す冷却装置５２を備えているため、ヒートシンクを別に設ける構成に比較して小型化が可能である。また、ヒートシンクを備えない印刷配線用基板に比較して優れた放熱性が得られる。ところが、特許文献１の構成では、冷却装置５２は、導体５３からの熱が、流路５４を構成する管の外面まで絶縁層５１を介して伝達され、その後、管を伝達して熱媒体に伝達された熱を、流路５４を流れる熱媒体により絶縁層５１と対応する部分から除去する構成である。そのため、導体５３と管との位置関係によって導体５３の放熱（冷却）効果が異なり、管に近い部分に比較して管に遠い部分や管に対向していない部分の放熱（冷却）効果が低くなる。また、導体５３と管との間に存在する絶縁層５１の最も薄い部分の厚さを、例えば、数十μｍ程度にした場合、成形の際に、絶縁層５１の導体５３と対向する面を平坦に形成するのが難しい。
【０００５】
本発明は前記の従来問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えば、パワー素子のように発熱の大きな半導体装置等を搭載するのに好適で、従来技術より放熱性に優れ、配線層を平坦に形成するのが容易で半田接続部の信頼性が向上する回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、冷却媒体流路を備えた金属製の冷却部が樹脂で埋設された基板を備え、該基板上に、シリコン半導体チップを搭載可能な配線層が絶縁層を介して設けられている回路基板である。前記冷却部は少なくとも前記配線層と対応する箇所に平坦部が形成され、前記樹脂には熱膨張係数が前記冷却部の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。
【０００７】
この発明では、配線層は、冷却部を構成する平坦部上に絶縁層を介して設けられているため、配線層を平坦に形成すること、即ち配線層と平坦部との距離を一定にすることが容易になり、該距離を一定又はほぼ一定にすることにより、配線層と冷却部との距離が場所によって異なる場合に比較して、配線層から冷却部への熱の伝達が良好になる。また、金属製の冷却部の熱膨張が冷却部を埋設している樹脂によって抑制され、冷熱サイクルの寿命が長くなるとともに、配線層上に半田を介して半導体装置（シリコン半導体チップ）が搭載された際の半田接続部の信頼性が向上する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷却部が埋設された樹脂と前記絶縁層は同じ絶縁性樹脂で構成されている。従って、この発明では、絶縁層の製造に必要な樹脂が一種類でよく、冷却部が埋設された絶縁性樹脂と異なる樹脂で絶縁層が形成されている場合に比較して、材料の準備や保管が容易になる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記配線層は、共通の前記平坦部上において複数箇所に設けられている。
複数の配線層上に半導体装置が搭載されて使用される際、全ての半導体装置が同時に作動するとは限らない。複数の配線層が共通の平坦部上に設けられている場合には、発熱している半導体装置が搭載された配線層の熱が他の配線層に対応する箇所まで平坦部を伝達し、冷却部で冷却作用を受けるため、放熱性（冷却効果）が向上する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記冷却媒体流路は、前記複数箇所に設けられた配線層の配列方向に沿って延びるように設けられている。冷却媒体流路が複数あり、複数の配線層が異なる通路と対応するように配置された場合は、配線層上に搭載された一部の半導体装置が発熱している状態においては、一部の冷却媒体流路を流れる冷却媒体は冷却に殆ど寄与せずに流れる。しかし、この発明では、冷却媒体流路を流れる冷却媒体は全て冷却に寄与した状態で流れる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却部はアルミニウム系金属製である。ここで、「アルミニウム系金属」とは、アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。アルミニウム系金属は、熱伝導率は金、銀、銅に劣るが、鉄やマグネシウムに比較して高く、加工性に優れ、軽量でしかも低コストである。従って、この発明では、軽量の回路基板を容易かつ安価に製造できる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記配線層は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。ここで、「金属複合材」とは、一種類の金属単体ではなく、複数の金属あるいは金属とセラミックスとが複合されたものを意味する。配線層は、全体としてその熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さいため、半導体装置と配線層との熱膨張係数の差が、配線層を銅やアルミニウムで形成した場合より小さくなり、冷熱サイクルの寿命がより長くなるとともに、半田接続部の信頼性がより向上する。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記配線層は、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）以上である。配線層の熱伝導率が半田の熱伝導率より低いと、配線層上に実装された半導体装置等から発生した熱が配線層の部分で基板側に伝達され難くなる。半田の熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）程度であるため、この発明では、配線層の熱伝導率が半田の熱伝導率以上となり、配線層が熱伝達のネックになることが抑制される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パワー素子のように発熱の大きな半導体装置等を搭載するのに好適で、従来技術より放熱性に優れ、配線層を平坦に形成するのが容易で半田接続部の信頼性が向上する回路基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、回路基板１０は、基板１１上に配線層１２が絶縁層１３を介して設けられている。基板１１は、樹脂（この実施形態では絶縁性樹脂）で形成されるとともに冷却媒体通路１４を備えている。冷却媒体通路１４は、断面矩形状に形成されるとともに、入口部１４ａ及び出口部１４ｂを備え、入口部１４ａから分岐して２本の流路１４ｃに分岐した後、再び１本に集合して出口部１４ｂに連続するように形成されている。入口部１４ａ及び出口部１４ｂにはパイプ１５ａ，１５ｂが鋳込まれている。パイプ１５ａ，１５ｂは、車両に装備された冷却媒体循環路に連結可能に形成されている。
【００１６】
各流路１４ｃには、冷却媒体通路１４の一部を構成するように金属製の冷却部１６が埋設されている。この実施形態では、冷却部１６はアルミニウム系金属製である。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。冷却部１６は、断面積が流路１４ｃの断面積より小さく、流路１４ｃと平行に延びる複数の冷却媒体流路１６ａを備え、配線層１２と対応する箇所に平坦部１６ｂが形成されている。また、配線層１２と対応する箇所と反対側にも平坦部１６ｃが形成されている。
【００１７】
基板１１を構成する絶縁性樹脂には、熱膨張係数が冷却部１６の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。絶縁性樹脂は、樹脂にセラミックスの粒子又は繊維等のフィラーが混合（充填）されることにより、熱膨張係数が冷却部１６（この実施形態ではアルミニウム系金属）より小さく調整されている。フィラーの材質としては、例えば、ガラス、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられる。
【００１８】
配線層１２は、各冷却部１６の平坦部１６ｂ上において複数箇所に設けられている。即ち、冷却媒体流路１６ａは、複数箇所に設けられた配線層１２の配列方向に沿って延びるように設けられている。配線層１２は、一般に回路基板で使用される金属製（この実施形態では銅製）で、配線層１２の絶縁層１３と反対側の面上には、半田１７を介してシリコン半導体チップとしての半導体装置（半導体チップ）１８が実装（搭載）されている。半導体装置１８は、図示しないアルミニウムワイヤで配線層１２と接続されている。
【００１９】
絶縁層１３は、熱伝導率を高めるために絶縁性で樹脂より熱伝導率の大きなセラミックスフィラーが充填されている。また、配線層１２上に半田１７を介して半導体装置１８を実装する際、絶縁層１３が半田１７の溶融時の熱で溶融しないように、熱可塑性樹脂を使用する場合は融点が１００℃以上のもの（例えば、ポリアミドやポリエステル）が使用される。この実施形態では、冷却部１６が埋設された樹脂と絶縁層１３は同じ絶縁性樹脂で構成されている。
【００２０】
基板１１は、厚さが１０ｍｍ程度に形成される。絶縁層１３は、厚さが薄いと耐圧性が悪くなり、厚いと熱伝導（熱伝達）が悪くなるため、厚さが１０〜３００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍに形成される。配線層１２は熱伝導率が半田の熱伝導率より十分大きい銅製のため、その厚さは配線層１２を流れる最大電流の大きさに合わせて適正な厚さに設定される。
【００２１】
なお、各図は回路基板１０等の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くしているために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。他の実施形態においても同様である。
【００２２】
次に前記のように構成された回路基板１０の製造方法を説明する。冷却部１６は、例えば、押出し成形により形成される。形成された冷却部１６の外表面にアルマイト処理を施す。外表面にアルマイト処理が施された冷却部１６を金型内の所定位置に配置して射出成形又はトランスファー成形により、図３に示すように、平坦部１６ｂが露出する状態で冷却部１６が樹脂に鋳込まれた状態の成型品１９が形成される。樹脂として熱可塑性樹脂を使用する場合は射出成形が行われ、樹脂として熱硬化性樹脂を使用する場合はトランスファー成形が行われる。冷却部１６の外表面にアルマイト処理が施されているため、樹脂は冷却部１６外表面に対してアンカー効果で強固に接着される。
【００２３】
次に成型品１９の平坦部１６ｂが露出している部分に絶縁層１３を形成するため、図３に示すように、平坦部１６ｂと対向するようにシート２０を配置して加熱プレスでシート２０を貼付する。シート２０が熱可塑性樹脂製の場合は、単に加熱プレスで平坦部１６ｂに貼付する。シート２０が熱硬化性樹脂製の場合は、シート２０として半硬化状態のものを使用して加熱プレスで平坦部１６ｂに貼付する。これにより、冷却媒体流路１６ａを備えた金属製の冷却部１６が絶縁性樹脂で埋設された基板１１の形成が完了する。
【００２４】
次に絶縁層１３としてのシート２０上の所定位置に、配線層１２が形成される。配線層１２の形成には、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）の製造に使用される方法、例えば、銅板（銅箔）を加熱プレスする方法（ホットスタンピング）や、銅板（銅箔）を打ち抜きプレスにより貼り付ける方法（ＩＶＯＮＤＩＮＧ法）、メッキで配線層を形成する方法等が採用される。この実施形態では配線層１２の形状に形成された銅板を加熱プレスにより接着する。その際、少なくとも銅板のシート２０と対向する側の面に黒化処理を施したものを使用する。銅板に黒化処理が施されているため、配線層１２はシート２０（絶縁層１３）に対してアンカー効果で強固に接着される。これにより、半導体装置１８が搭載される前の回路基板１０の製造が完了する。
【００２５】
次に配線層１２の上に半田１７を介して半導体装置１８や図示しない受動部品（チップ抵抗やチップコンデンサ等）が実装されて、半導体装置１８が搭載された回路基板１０が完成する。
【００２６】
次に前記のように構成された回路基板１０の作用を説明する。回路基板１０は、図示しない冷却媒体循環路にパイプ１５ａ，１５ｂにおいて連通されて使用される。冷却媒体循環路にはポンプ及びラジエータが設けられ、ラジエータは、モータにより回転されるファンを備え、ラジエータからの放熱が効率よく行われるようになっている。冷却媒体として、例えば、水が使用される。
【００２７】
回路基板１０に搭載された半導体装置１８が駆動されて搭載部品から熱が発生すると、その熱は、半田１７、配線層１２及び絶縁層１３を介して冷却部１６に伝達される。冷却部１６に伝達された熱は、冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体に伝達されるとともに持ち去られる。即ち、基板１１は、冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体によって強制冷却されるため、半導体装置１８等から基板１１に至る熱の伝達経路における温度勾配が大きくなり、半導体装置１８等で発生した熱が基板１１を介して効率良く除去される。
【００２８】
配線層１２は、冷却部１６を構成する平坦部１６ｂ上に絶縁層１３を介して設けられており、配線層１２と平坦部１６ｂとの距離がほぼ一定のため、平坦部１６ｂを設けずに配線層１２と冷却部１６との距離が場所によって異なる場合に比較して、配線層１２から冷却部１６への熱の伝達が良好になる。また、金属製の冷却部１６の熱膨張が冷却部１６を埋設している絶縁性樹脂によって抑制され、冷熱サイクルの寿命が長くなるとともに、配線層１２上に半田１７を介して半導体装置１８等が搭載された際の半田接続部の信頼性が向上する。
【００２９】
基板１１上に複数の配線層１２が設けられ、各配線層１２上に半導体装置１８が搭載されて使用される際、全ての半導体装置１８が同時に作動するとは限らない。半導体装置１８が発熱する際、発熱は中心部で最も大きく、その熱は半田１７及び配線層１２に伝達され、配線層１２から絶縁層１３を介して冷却部１６に伝達される。絶縁層１３の熱伝導率は配線層１２や冷却部１６の熱伝導率に比較して一桁小さい。複数の配線層１２が共通の平坦部１６ｂ上に設けられているため、発熱している半導体装置１８が搭載された配線層１２の熱が他の配線層１２に対応する箇所まで平坦部１６ｂを伝達し、冷却部で冷却作用を受けるため、放熱性（冷却効果）が向上する。
【００３０】
絶縁層１３の熱伝導率はグリースの熱伝導率に比較して一桁大きいため、ヒートシンクを冷却機能の高い冷却部にグリースを介して固定した構成に比較して、熱抵抗が小さくなる。従って、半導体装置１８で大電流を流して発熱が大きくなっても、熱が効率良く除去されるため、半導体装置１８の温度が異常に高くなるのが防止され、半導体装置１８の大電流化が可能になる。
【００３１】
回路基板１０が車載用として使用される場合、例えば、車載用のインバータ装置を構成し、エンジンルーム等に設けられる場合、半導体装置１８等から発生する熱を効率良く除去する必要がある。この実施形態の回路基板１０では、前記のように冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体により、半導体装置１８等から発生する熱が効率良く除去される。また、車両に装備された場合、車両にはエンジン等の冷却に使用する冷却媒体循環路が設けられているため、パイプ１５ａ，１５ｂを介して冷却媒体通路１４を車両の冷却媒体循環路に連通させれば、回路基板１０専用の冷却媒体循環用ポンプ等を必ずしも設ける必要がない。
【００３２】
この実施形態では以下の効果を有する。
（１）回路基板１０は、冷却媒体流路１６ａを備えた金属製の冷却部１６が樹脂で埋設された基板１１を備え、基板１１上に、シリコン半導体チップを搭載可能な配線層１２が絶縁層１３を介して設けられている。冷却部１６は配線層１２と対応する箇所に平坦部１６ｂが形成され、前記樹脂には熱膨張係数が冷却部１６の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。従って、配線層１２と平坦部１６ｂとの距離を一定にすることが容易になり、該距離を一定又はほぼ一定にすることにより、配線層１２と冷却部１６との距離が場所によって異なる場合に比較して、配線層１２から冷却部１６への熱の伝達が良好になる。また、金属製の冷却部１６の熱膨張が冷却部１６を埋設している樹脂によって抑制され、冷熱サイクルの寿命が長くなるとともに、配線層１２上に半田１７を介して半導体装置（シリコン半導体チップ）１８が搭載された際の半田接続部の信頼性が向上する。
【００３３】
（２）冷却部１６が埋設された樹脂と絶縁層１３は同じ絶縁性樹脂で構成されている。従って、絶縁層１３の製造に必要な樹脂が一種類でよく、冷却部１６が埋設された絶縁性樹脂と異なる樹脂で絶縁層１３が形成されている場合に比較して、材料の準備や保管が容易になる。
【００３４】
（３）配線層１２は、共通の平坦部１６ｂ上において複数箇所に設けられている。従って、平坦部１６ｂが配線層１２毎に独立して設けられた場合に比較して、冷却部１６で効率良く冷却作用を受けるため、放熱性（冷却効果）が向上する。
【００３５】
（４）冷却媒体流路１６ａは、複数箇所に設けられた配線層１２の配列方向に沿って延びるように設けられているため、冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体は全て冷却に寄与した状態で流れる。冷却媒体流路１６ａが複数あり、複数の配線層１２が異なる通路と対応するように配置された場合は、配線層１２上に搭載された半導体装置１８の一部が発熱している状態においては、一部の冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体は冷却に殆ど寄与せずに流れる。しかし、この実施形態ではそのようなことがない。
【００３６】
（５）冷却部１６はアルミニウム系金属製であるため、軽量の回路基板を容易かつ安価に製造できる。
（６）配線層１２は銅製で、熱伝導率が半田の熱伝導率（３０Ｗ／（ｍＫ）程度）の１０倍以上であるため、配線層１２上に実装された半導体装置１８等から発生した熱が配線層１２の部分で基板１１側に伝達され難くなることが回避される。
【００３７】
（７）冷却媒体として水が使用されているため、安価で効率よく基板１１の熱を除去することができる。
（８）冷却媒体通路１４は、車両に装備された冷却媒体循環路に連通可能に形成されている。回路基板１０が、車載用として使用されて、例えば、エンジンルーム等に設けられる場合、半導体装置１８等から発生する熱を効率良く除去する必要がある。その際、車両に装備された冷却媒体循環路を流れる冷却媒体が基板１１の冷却媒体通路１４を流れる状態で使用することができ、回路基板１０専用の冷却媒体循環用ポンプ等を必ずしも設ける必要がない。
【００３８】
（９）冷却部１６は長手方向に延びる周面だけでなく、長手方向と直交する端面の一部においても絶縁製樹脂と接触する状態で埋められている。従って、冷却部１６の熱膨張が、前記端面が絶縁製樹脂に接触していない構成に比較してより効果的に抑制される。
【００３９】
（１０）基板１１を製造する際、冷却部１６を金型内にセットして射出成形又はトランスファー成形により、絶縁層１３となる部分を除いた部分を構成する成型品１９を製造した後、シート２０を貼付することにより絶縁層１３となる部分を形成するようにした。従って、絶縁層１３の部分が数十μｍと薄い場合にも、所望の厚さの絶縁層１３を確実にかつ容易に形成することができる。
【００４０】
（１１）配線層１２は、銅製のため、エッチングにより回路パターンに形成でき、回路パターンへの加工が容易である。例えば、樹脂製のシート２０に代えて、片面に銅層が積層された樹脂シートを絶縁層１３に貼付した後、エッチングで所定の形状の配線層１２を形成することも可能である。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、配線層の構成を変更した点が第１の実施形態と異なり、その他の構成は同じであるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、回路基板１０は、基板１１上に、配線層２５が絶縁層１３を介して設けられている。配線層２５は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。「金属複合材」とは、一種類の金属単体ではなく、複数の金属あるいは金属とセラミックスとが複合されたものを意味する。この実施形態では、金属複合材として、ＡｌＳｉＣ系複合材が使用されている。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、ＡｌＳｉＣ系複合材２６は、ＡｌＳｉＣ部２６ａを挟んで両面にアルミニウム層２６ｂ，２６ｃが配置された構成である。ＡｌＳｉＣ部２６ａは、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末に、無機バインダーを加えて混合し、その混合物を成形し、得られた成形物を焼成した焼結体に溶融状態のアルミニウム（Ａｌ）を成形型内で加圧状態で注入することにより形成される。ＡｌＳｉＣ部２６ａは、使用するＳｉＣ粉末の粒径や充填率等によってＳｉＣとＡｌとの体積比が異なり、その熱膨張係数や熱伝導率等の物性が異なる。ＡｌＳｉＣ系複合材２６は、所望の厚さのＡｌＳｉＣ部２６ａを挟むようにアルミニウム層２６ｂ，２６ｃとなる所望の厚さのアルミニウム板を配置し、加圧状態でアルミニウムの溶融温度まで加熱してＡｌＳｉＣ部２６ａにアルミニウム板を積層接着させることにより形成される。
【００４４】
配線層２５の熱膨張係数は、全体の厚さあるいはＡｌＳｉＣ部２６ａ及びアルミニウム層２６ｂ，２６ｃの厚さを変更することにより、広い範囲で変更することができる。例えば、ＡｌＳｉＣ部２６ａの厚さｔ１と、アルミニウム層２６ｂ，２６ｃの厚さｔ２との比ｔ１／ｔ２をｔ１／ｔ２＝３／０．４とし、配線層２５全体の厚さを２．５ｍｍにすると、熱膨張係数が１０．５×１０−６／℃、熱伝導率が２４０Ｗ／（ｍＫ）になる。シリコン半導体チップの熱膨張係数の値は２．６×１０−６／℃であり、銅の熱膨張係数の値は１７．５×１０−６／℃である。
【００４５】
前記のように構成された回路基板１０は、第１の実施形態の回路基板１０と同様にして使用される。この実施形態の回路基板１０は、前記第１の実施形態における効果（１）〜（５），（７）〜（１０）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
【００４６】
（１２）配線層２５は、熱伝導率が半田の熱伝導率（３０Ｗ／（ｍＫ）程度）の数倍以上であるため、配線層２５上に実装された半導体装置１８等から発生した熱が配線層２５の部分で基板１１側に伝達され難くなることが回避される。
【００４７】
（１３）配線層２５は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。従って、半導体装置１８と配線層２５との熱膨張係数の差が、配線層２５を銅やアルミニウムで形成した場合より小さくなり、冷熱サイクルの寿命がより長くなるとともに、半田接続部の信頼性がより向上する。
【００４８】
（１４）金属複合材は、ＡｌＳｉＣ部２６ａを挟んで両面にアルミニウム層２６ｂ，２６ｃが配置された構成である。従って、例えば、ＡｌＳｉＣ部２６ａとアルミニウム層２６ｂ，２６ｃとの厚さの比を変更することにより、配線層２５の熱膨張係数及び熱伝導率を配線層２５上に搭載される半導体装置１８や電子部品等に対応した適切な値に設定するのが容易になる。
【００４９】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図５（ａ），（ｂ）及び図６に従って説明する。この実施形態は、配線層が金属複合材製である点は第２の実施形態と同じであるが、金属複合材の構成を変更した点が第２の実施形態と異なり、その他の構成は第１及び第２の実施形態と同じである。第１及び第２の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、回路基板１０は、基板１１上に、配線層２８が絶縁層１３を介して設けられている。配線層２８は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。配線層２８を構成する金属複合材２９は、図５（ｂ）に示すように、銅とインバーの複合部２９ａを挟んで両面に銅層２９ｂが配置された構成になっている。インバー（Ｉｎｖａｒ）とは、Ｎｉ（ニッケル）が３６重量％で残りが実質的にＦｅ（鉄）の合金である。また、銅とインバー（Ｉｎｖａｒ）の複合部とは、銅層とインバー層が単に積層された構成ではなく、同一層中に銅の領域とインバーの領域とが存在し、インバーの領域は連続しており、銅の領域は多数の領域に分割されている構成のものを意味する。そのため、銅とインバーの複合部は、その熱膨張係数及び熱伝導率が銅の領域とインバーの領域との面積比によって変化する。
【００５１】
図６に示すように、金属複合材２９は、インバーで形成されたエキスパンドメタル３０を銅板３１の間に挟んだ状態で圧延・接合することにより形成される。具体的には銅板３１の間にエキスパンドメタル３０を配置した状態で圧延ロールにより、加熱、圧延して銅板３１とエキスパンドメタル３０とを一体化することで、エキスパンドメタル３０と、エキスパンドメタル３０を囲繞するマトリックス金属の銅とで構成される金属複合材２９が形成される。これにより、全体として熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材２９が形成される。圧延・接合後の金属複合材２９の厚さをｔ１１、エキスパンドメタル３０の部分の厚さをｔ１２としたとき、（ｔ１２）／（ｔ１１）が０．２〜０．８となるように、圧延・接合前のエキスパンドメタル３０の厚さ、銅板３１の厚さ及び圧延率が設定される。金属複合材２９は、配線層１２の形状に合わせて形成しても、配線層１２より大きな板を形成した後、所定の形状に切断してもよい。
【００５２】
また、金属複合材２９は、複合部２９ａが１層の構成に限らず、複合部２９ａが複数層、例えば、複合部２９ａが２層の構成であってもよい。複合部２９ａが２層の構成の金属複合材２９は、３枚の銅板３１と２枚のエキスパンドメタル３０とを交互に積層配置した状態で圧延・接合することにより形成される。配線層２８の熱膨張係数は、全体の厚さあるいは複合部２９ａ及び銅層２９ｂの厚さを変更することにより、広い範囲で変更することができる。例えば、複合部２９ａが１層の３層品の場合、配線層２８の熱膨張係数は、厚さが１００μｍ〜５０００μｍの範囲で、８．０×１０−６〜２３．５×１０−６／℃まで自由に変更することが可能であり、配線層２８の厚さを２０００μｍとした場合、熱膨張係数は１１．５×１０−６／℃で、熱伝導率は１６８Ｗ／（ｍＫ）になった。
【００５３】
前記のように構成された回路基板１０は、第１及び第２の実施形態の回路基板１０と同様にして使用される。この実施形態の回路基板１０は、前記第１の実施形態における効果（１）〜（５），（７）〜（１０）及び第２の実施形態における効果（１２），（１３）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
【００５４】
（１５）配線層２８は、複合部２９ａを挟んで両面に銅層２９ｂが配置された構成である。従って、配線層２８の熱膨張係数及び熱伝導率を配線層２８上に搭載される半導体装置１８や電子部品等に対応した適切な値に設定するのが容易になる。
【００５５】
（１６）配線層２８は、金属の複合材のため、エッチングにより回路パターンを形成でき、第２の実施形態より回路パターンの加工が容易である。
（第４の実施形態）
次に第４の実施形態を図７に従って説明する。この実施形態は、冷却部１６が１個設けられ、全ての配線層１２が共通の平坦部１６ｂと対応する箇所に設けられている点と、配線層１２と対応しない箇所にも冷却媒体流路１６ａが形成されている点とが前記第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５６】
図７は図１（ｂ）に対応する模式断面図である。基板１１には２列に配列された配線層１２の両列に跨る幅の１個の流路１４ｃが設けられ、流路１４ｃに１個の冷却部１６が冷却媒体通路１４の一部を構成するように埋設されている。冷却部１６には、流路１４ｃと平行（図７の紙面と直交方向）に延びる複数の冷却媒体流路１６ａが一定間隔で形成され、平坦部１６ｂは２列の配線層１２と対応する箇所に跨るように形成されている。冷却媒体流路１６ａを挟んで平坦部１６ｂと反対側に平坦部１６ｂと同じ大きさの平坦部１６ｃが形成されている。平坦部１６ｂ上に所定の間隔をおいて複数の配線層１２が２列に、その配列方向が冷却媒体流路１６ａの延びる方向に沿って配列されている。即ち、この実施形態においては、全ての配線層１２が共通の平坦部１６ｂと対応する箇所に設けられている。各配線層１２上には半田１７を介して半導体装置１８や図示しない受動部品等が実装（搭載）されている。
【００５７】
前記のように構成された回路基板１０は、第１の実施形態の回路基板１０と同様にして使用される。回路基板１０に搭載された半導体装置１８が駆動されて搭載部品から熱が発生すると、その熱は、半田１７、配線層１２及び絶縁層１３を介して冷却部１６に伝達される。冷却部１６に伝達された熱は、冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体に伝達されるとともに持ち去られる。平坦部１６ｂが全ての配線層１２の配置領域に跨るように設けられているため、発熱した部品と対応する配線層１２から絶縁層１３を介して伝達された熱は、平坦部１６ｂにおいて当該配線層１２と対応する部分以外の部分へと伝達される。そして、平坦部１６ｂを伝達した熱が、冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体に伝達されるとともに持ち去られる。
【００５８】
従って、この実施形態の回路基板１０は、前記第１の実施形態における効果（１）〜（１１）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（１７）全ての配線層１２が共通の平坦部１６ｂと対応する箇所に設けられているため、半導体装置１８から発生した熱は、半田１７、配線層１２及び絶縁層１３を介して平坦部１６ｂに伝達されると、平坦部１６ｂにおいて発熱部の配線層１２と対応する部分以外の部分へも伝達される。従って、冷却部１６に伝達された熱が第１の実施形態に比較して、冷却媒体流路１６ａを流れる冷却媒体により効率良く除去される。
【００５９】
（１８）配線層１２と対応しない箇所にも冷却媒体流路１６ａが形成されているため、発熱部の配線層１２と対応する部分以外の平坦部１６ｂに伝達された熱がより効率良く除去される。
【００６０】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○  絶縁層１３が熱硬化性樹脂製の場合、半硬化状態のシート２０を貼付する代わりに、フィラーが混合された未硬化の熱硬化性樹脂を例えばスキージで所定の厚さに塗布した後、熱硬化させてもよい。この場合も薄い絶縁層１３を所定の厚さに容易に形成することができる。
【００６１】
○  絶縁層１３は、必ずしも基板１１の他の部分を構成する絶縁性樹脂と同じ樹脂で形成する必要はない。しかし、絶縁層１３の熱抵抗を小さくするため、熱伝導率が樹脂単独の場合より高くなるようにフィラーが混合されているのが好ましい。
【００６２】
○  絶縁層１３を除く基板１１の他の部分を構成する樹脂は絶縁性樹脂で形成する必要はない。この場合、基板１１の樹脂に混合されるフィラーを金属製にしてもよい。
○  冷却部１６は、押出し成形に限らず、例えば、ダイカスト法や図９（ｂ）に示すように、曲げ加工を施した板材３３の両側に天板３４をろう付けして形成してもよい。図９（ｂ）に示す構成の場合、天板３４が平坦部１６ｂ，１６ｃになり、板材３３と天板３４とで囲まれた空間が冷却媒体流路１６ａになる。絶縁層１３と対向する平坦部１６ｂと反対側に配置される平坦部１６ｃとなる天板３４は、金属製に限らず樹脂製であってもよい。
【００６３】
○  図８（ａ）に示すように、矩形状の板材３５と、断面矩形状で一対の幅狭の板材３６とを交互に積層配置した状態で、加熱加圧プレスにより接合させることにより冷却部１６を形成する。そして、図８（ｂ）に示すように、板材３５及び幅狭の板材３６の交互に接合された部分を平坦部１６ｂ，１６ｃとして使用するようにしてもよい。
【００６４】
○  基板１１に設けられる冷却媒体通路１４の構成は、基板１１の長手方向の一端側に入口部１４ａが、他端側に出口部１４ｂがそれぞれ長手方向に沿って設けられる構成に限らない。例えば、図９（ａ）に示すように、入口部１４ａ及び出口部１４ｂが基板１１の長手方向と直交する方向に延びるように形成され、パイプ１５ａ，１５ｂが基板１１の同じ側の端面から突出する構成であってもよい。
【００６５】
○  冷却部１６は、少なくとも配線層１２と対応する箇所に平坦部１６ｂが形成されていればよく、平坦部１６ｃはなくてもよい。
○  冷却部１６を射出成形あるいはトランスファー成形で絶縁性樹脂に鋳込む際、絶縁層１３を同時に形成してもよい。その場合、冷却部１６だけでなく配線層１２も金型内の所定位置に配置して成型を行えば、配線層１２を後から絶縁層１３上に接合する工程を省略することができる。また、配線層１２が金属単体あるいは複数の金属からなる金属複合材の場合、配線層１２の形状ではなく、平坦部１６ｂと対応する形状の金属板が絶縁層１３に固着される状態で射出成形あるいはトランスファー成形を行い、その後、エッチングで配線層１２の形状に加工してもよい。
【００６６】
○  冷却部１６は、複数の冷却媒体流路１６ａが平行に延びる構成に限らず、一つの冷却媒体流路１６ａあるいは配線層１２の配列箇所に対応してそれぞれ一つの冷却媒体流路１６ａが設けられた構成としたり、冷却媒体流路１６ａ内にフィンが突出した構成としたりしてもよい。
【００６７】
○  冷却部１６は、押出し成形、ダイカスト法あるいは板材の加工・接合等の方法に限らず、例えば、パイプで冷却媒体流路１６ａを形成するとともに、少なくとも配線層１２と対応する箇所に平坦部を有する板材を接合して製造してもよい。パイプは屈曲した１本のパイプに限らず、１本のパイプが途中で複数本に分岐された後、再び１本に集合される構成のものとしてもよい。
【００６８】
○  冷却部１６は、入口部１４ａ、出口部１４ｂ及び流路１４ｃも一体に形成された構成であってもよい。
○  冷却媒体流路１６ａを構成するパイプとしてヒートパイプを使用してもよい。ヒートパイプを使用した場合は、冷却媒体が自動的にパイプ内を循環して基板１１の熱が効率良く外部に放出され、冷却媒体循環路を設ける必要がなく、全体の構成が簡単になる。
【００６９】
○  冷却媒体流路１６ａは、配線層１２の配列方向に沿って延びる構成に限らず、配線層１２の配列方向と交差する方向に延びる構成であってもよい。
○  冷却媒体通路１４の入口及び出口部１４ａ，１４ｂの数を複数にしてもよい。
【００７０】
○  第２及び第３の実施形態においても、第４の実施形態における冷却媒体流路１６ａを備えた冷却部１６としてもよい。
○  第１及び第４の実施形態において、配線層１２をアルミニウムで形成してもよい。しかし、電気抵抗の点で銅の方が好ましい。
【００７１】
○  一つの配線層１２，２５，２８上に複数の半導体装置１８あるいは他の電子部品を搭載する構成としてもよい。従って、配線層１２は複数に限らず、一つでもよい。
○  配線層１２，２５，２８は、２列に限らず１列あるいは３列以上等、配線層１２，２５，２８の数あるいは基板１１の形状に適した列数に変更してもよい。
【００７２】
○  絶縁層１３は必要な絶縁性が確保されれば、熱膨張係数を小さくするとともに熱伝導率を高くするために混合するフィラーとして、絶縁性のセラミックスに限らず、導電性のセラミックス製や金属製のフィラーを使用してもよい。  
【００７３】
○  絶縁層１３を配線層１２と対応する部分にのみ設けてもよい。その場合、平坦部１６ｂは配線層１２と対応する部分以外は露出する状態となる。
○  冷却媒体通路１４に流す冷却媒体は水に限らず、他の液体やあるいは気体であってもよい。
【００７４】
○  金属複合材で配線層１２を構成する場合、金属複合材は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さければよい。例えば、第２の実施形態において、炭化ケイ素とアルミニウムとの組合せに限らず、炭化ケイ素の微粒子に代えて熱伝導率の良い他のセラミックス、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）等を使用し、アルミニウムに代えて熱伝導率の高い他の金属、例えば銅を使用してもよい。また、第３の実施形態において、エキスパンドメタル３０の素材をインバーに代えて、スーパーインバーやステンレスインバー等の他のインバー型合金を使用したり、フェルニコ（Ｆｅ５４重量％、Ｎｉ３１重量％、Ｃｏ１５重量％の合金）を使用したりしてもよい。
【００７５】
○  配線層１２に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層を挟んで両側にアルミニウム層が配置された構造のＤＢＡ基板（Ａｌ／ＡｌＮ／Ａｌ）、窒化アルミニウム層を挟んで両側に銅層が配置された構造のＤＢＣ基板（Ｃｕ／ＡｌＮ／Ｃｕ）又は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）基板、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板を使用してもよい。ＤＢＡ基板と冷却部は射出成型時に一体接合してもよい。このとき絶縁性樹脂はＤＢＡ基板と冷却部とを接着する。
【００７６】
○  配線層１２にＡｌ、Ｃｕを使用し、絶縁層１３にＡｌＮ、ＳｉＮ、アルミナを使用し、絶縁層１３と配線層１２をロウ付け、拡散接合などにより予め接合しておき、低膨張樹脂の射出成型時に冷却部１６と接合してもよい。このとき絶縁性樹脂は配線層１２と冷却部１６とを接着する。
【００７７】
○  Ａｌ製水冷ヒートシンクにＡｌ２Ｏ３（アルミナ）又はＡｌＮを溶射して膜を形成し、さらにＡｌ、Ｃｕを溶射又はロウ付けした冷却部１６を低膨張樹脂の射出成型にて一体成型してもよい。
【００７８】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記金属複合材は、銅とインバーの複合部を挟んで両面に銅層が配置された構成である。
【００７９】
（２）請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記金属複合材は、ＡｌＳｉＣ部を挟んで両面にアルミニウム層が配置された構成である。
（３）請求項１〜請求項７及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体通路は、車両に装備された冷却媒体循環路に連通可能に形成されている。
【００８０】
（４）請求項１〜請求項７及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体通路はヒートパイプで構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）は第１の実施形態における回路基板の模式平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図。
【図２】図１（ｃ）のＣ−Ｃ線における断面図。
【図３】基板の製造方法を示す模式断面図。
【図４】（ａ）は第２の実施形態における回路基板の模式部分断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。
【図５】（ａ）は第３の実施形態における回路基板の模式部分断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。
【図６】同じく金属複合材の製造方法を示す模式斜視図。
【図７】第４の実施形態における回路基板の模式断面図。
【図８】（ａ）は冷却部の別の製造方法を示す模式断面図、（ｂ）はその冷却部が鋳込まれた基板の模式部分断面図。
【図９】（ａ）は別の実施形態における回路基板の模式平面図、（ｂ）は別の実施形態における冷却部の模式断面図。
【図１０】（ａ）は従来技術のプリント配線板の断面図、（ｂ）は熱媒体の流路の形状を示す平面図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…回路基板、１１…基板、１２，２５，２８…配線層、１３…絶縁層、１６…冷却部、１６ａ…冷却媒体流路、１６ｂ…平坦部、１８…シリコン半導体チップとしての半導体装置、２６…金属複合材としてのＡｌＳｉＣ系複合材、２９…金属複合材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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